JP6108166B2 - Secondary battery electrode - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池用電極に関する。 The present invention relates to an electrode for a secondary battery.
従来、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の二次電池に用いられる二次電池用電極は、活物質とバインダ(結着剤)等を含むペースト状の合剤を集電箔上に塗工し、乾燥することによって製造される(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, secondary battery electrodes used in secondary batteries such as lithium ion batteries and nickel metal hydride batteries are obtained by applying a paste-like mixture containing an active material and a binder (binder) onto the current collector foil. It is manufactured by drying (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1では、二次電池用電極におけるバインダの偏析を抑制するため、バインダを捕捉可能なバインダ捕捉用液体を集電体の表面に付与し、当該バインダ捕捉用液体が付与された集電体の表面に活物質及びバインダを含む合材ペースト(合剤ペースト)を塗布した後、これを乾燥させることにより得られた、集電体(集電箔)上に合材層(合剤層)が形成された電極が開示されている。 In Patent Document 1, in order to suppress the segregation of the binder in the secondary battery electrode, a binder capturing liquid capable of capturing the binder is applied to the surface of the current collector, and the current collector provided with the binder capturing liquid is applied. A mixture layer (mixture layer) on a current collector (current collector foil) obtained by applying a mixture paste (mixture paste) containing an active material and a binder to the surface of the substrate and drying the paste. An electrode in which is formed is disclosed.
特に、特許文献1のように合剤ペーストを集電箔に塗布して作製された電極(以下、塗布電極ともいう)の場合、電池性能として抵抗低減(出力向上)させるために活物質比表面積を増加し反応場を増やすと、サイクル特性(寿命)が悪化してしまう課題がある。 In particular, in the case of an electrode produced by applying a mixture paste to a current collector foil as in Patent Document 1 (hereinafter also referred to as a coated electrode), the active material specific surface area is used to reduce resistance (improve output) as battery performance. If the reaction field is increased by increasing the value, there is a problem that the cycle characteristics (lifetime) deteriorate.
一方、粉体成型によって作製された電極の場合、その電極構造から電解液浸透性や負極活物質の配向性および正極導電材分散性が良好となるため抵抗を低減することが可能である。しかし、例えば負極電極の目付ムラ(目付量のムラ)があるとこれに起因してサイクル特性が悪化することがわかっており、目付ムラを抑えるために粒子流動性を制御して集電箔上に造粒粒子を精度よく積層させる必要がある。すなわち、集電箔上に造粒粒子を精度よく積層させるためには、粒子流動性を向上させるべく制御する必要がある。しかし、粒子流動性の向上は粒子間密着性を損なう傾向があり、粉体成型による抵抗低減効果を損なってしまい、結果的に電池性能の低下を引き起こしてしまう要因となる。 On the other hand, in the case of an electrode manufactured by powder molding, the electrode structure makes the electrolyte solution permeability, the orientation of the negative electrode active material, and the positive electrode conductive material dispersibility good, so that the resistance can be reduced. However, for example, it has been found that if there is unevenness in the negative electrode weight (unevenness in weight per unit area), the cycle characteristics deteriorate due to this, and the particle fluidity is controlled on the current collector foil to suppress the unevenness in weight per unit area. It is necessary to accurately laminate the granulated particles. That is, in order to accurately stack the granulated particles on the current collector foil, it is necessary to control to improve the particle fluidity. However, the improvement of the particle fluidity tends to impair the adhesion between the particles, and the resistance reduction effect by the powder molding is impaired, resulting in a decrease in battery performance.
具体的には、リチウムイオン二次電池用電極の電極合剤層において目付凹凸があると、充放電時に電極全体で均一に反応が起こらず、目付量が薄い部分に反応集中が起きる。二次電池のサイクル特性を評価するサイクル試験では、この充放電サイクルを繰り返すため、反応集中している箇所(目付量が薄い部分)を中心にリチウム析出が発生する。例えば、負極の目付量が少ない部分では対向電極である正極から放出されるリチウムを受け入れきれない懸念がある。すなわち、正極に対する負極の割合である容量比が1.0を下回る現象が起きる。こういった現象によってもリチウム析出は進行する。したがってサイクル試験においては、粉体成型によって作製された電極は、前記塗布電極と比較して電極が劣化しやすく、容量維持率低下を引き起こしてしまう虞がある。このように、リチウムイオン二次電池特性の中で、出力と寿命はトレードオフの関係にあることが多い。 Specifically, if there are unevenness in the electrode mixture layer of the electrode for a lithium ion secondary battery, the reaction does not occur uniformly throughout the electrode during charge / discharge, and reaction concentration occurs in the portion where the basis weight is thin. In the cycle test for evaluating the cycle characteristics of the secondary battery, since this charge / discharge cycle is repeated, lithium deposition occurs mainly in the reaction-concentrated portion (the portion with a small basis weight). For example, there is a concern that lithium released from the positive electrode, which is the counter electrode, cannot be received at a portion where the negative electrode weight is small. That is, a phenomenon occurs in which the capacity ratio, which is the ratio of the negative electrode to the positive electrode, is less than 1.0. Lithium deposition also proceeds due to these phenomena. Therefore, in a cycle test, an electrode manufactured by powder molding is more likely to deteriorate than the coated electrode, which may cause a decrease in capacity retention rate. Thus, in many lithium ion secondary battery characteristics, output and life are often in a trade-off relationship.
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、抵抗を低減するとともにサイクル特性を向上させた二次電池用電極を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an electrode for a secondary battery that has reduced resistance and improved cycle characteristics.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
即ち、請求項1の二次電池用電極においては、
集電箔上に、活物質とバインダとを少なくとも含んで形成された造粒粒子が堆積してなる第1の合剤層と、
前記第1の合剤層の上層に、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を混練して形成された合剤ペーストを塗布した後に乾燥させてなる第2の合剤層と、を備えるものである。
That is, in the secondary battery electrode of claim 1,
On the current collector foil, a first mixture layer in which granulated particles formed including at least an active material and a binder are deposited;
And a second mixture layer formed by applying a mixture paste formed by kneading at least an active material, a binder and a solvent to the upper layer of the first mixture layer and drying the mixture.
請求項2の二次電池用電極においては、
前記第1の合剤層の目付量は、前記第2の合剤層の目付量よりも多いものである。
In the secondary battery electrode according to claim 2,
The basis weight of the first mixture layer is larger than the basis weight of the second mixture layer.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
請求項1においては、電極合剤層の構成として、下層を粉体成形層とすることにより、電解液の浸透性、負極活物質の配向性、正極導電材分散性が向上するため、抵抗が低減される。また、上層を合剤ペースト層とすることにより、粉体成形単層の場合と比較して電極目付ムラを抑制することができるため、サイクル特性が向上する。 In claim 1, as the composition of the electrode mixture layer, by forming the lower layer as a powder molding layer, the permeability of the electrolyte, the orientation of the negative electrode active material, and the positive electrode conductive material dispersibility are improved. Reduced. Further, by using the mixture paste layer as the upper layer, it is possible to suppress the unevenness of the electrode weight per unit area as compared with the case of the powder molded single layer, and thus the cycle characteristics are improved.
請求項2においては、粉体成形による目付量を多くすることにより、ペースト塗布量を減らし、ペースト塗布に伴う溶媒量や乾燥時間を低減することができる。 In claim 2, by increasing the basis weight by powder molding, the amount of paste applied can be reduced, and the amount of solvent and the drying time accompanying paste application can be reduced.
次に、発明の実施の形態を説明する。
本実施形態に係る二次電池用電極は、非水電解液二次電池(例えば、リチウムイオン二次電池)が有する電極(電極シート)として適用可能である。
Next, embodiments of the invention will be described.
The electrode for a secondary battery according to the present embodiment is applicable as an electrode (electrode sheet) included in a nonaqueous electrolyte secondary battery (for example, a lithium ion secondary battery).
先ず、本実施形態に係る二次電池用電極を備える非水電解液二次電池の一例として、リチウムイオン二次電池を挙げて説明する。 First, a lithium ion secondary battery will be described as an example of a non-aqueous electrolyte secondary battery including the secondary battery electrode according to the present embodiment.
[非水電解液二次電池(リチウムイオン二次電池)]
リチウムイオン二次電池(図示せず)は、例えば、シート状の正極(正極シート)および負極(負極シート)を備えた電極体を重畳あるいは巻回した状態で電池収容体に収容することにより形成された円筒型電池や角型電池やラミネート型電池等として構成される。具体的には、リチウムイオン二次電池は、シート状に形成された正極及び負極をセパレータを介して重畳あるいは渦巻状に巻回するなどして、積層することにより電極体を形成し、当該電極体を電池収容体内に収容した状態で電解液を充填し、この電池収容体を密閉することで製造される。このように製造されるリチウムイオン二次電池は、正極、負極、及びセパレータなどを備えた電極体と、該電極体を保持する電池収容体とを具備しており、前記電解液としては非水電解液が用いられる。
[Nonaqueous electrolyte secondary battery (lithium ion secondary battery)]
A lithium ion secondary battery (not shown) is formed, for example, by accommodating an electrode body including a sheet-like positive electrode (positive electrode sheet) and a negative electrode (negative electrode sheet) in a superimposed or wound state in the battery container. It is configured as a cylindrical battery, a square battery, a laminated battery, or the like. Specifically, a lithium ion secondary battery forms an electrode body by laminating a positive electrode and a negative electrode formed in a sheet shape by overlapping or spirally winding them through a separator. It is manufactured by filling the electrolytic solution in a state where the body is accommodated in the battery housing, and sealing the battery housing. The lithium ion secondary battery manufactured in this manner includes an electrode body including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and the like, and a battery container that holds the electrode body, and the electrolyte solution is non-aqueous. An electrolyte is used.
正極(正極シート)は、リチウムイオンを吸蔵・脱離できる正極活物質、導電材、バインダ(結着剤)、及び増粘剤などの電極材料を含む電極合剤層を集電箔上に形成したものである。正極(正極シート)は、本実施形態に係る二次電池用電極を用いることができる。 The positive electrode (positive electrode sheet) forms on the current collector foil an electrode mixture layer containing an electrode material such as a positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, a conductive material, a binder (binder), and a thickener. It is a thing. As the positive electrode (positive electrode sheet), the secondary battery electrode according to the present embodiment can be used.
正極活物質としては、リチウム遷移金属複合酸化物等の正極活物質を用いることができる。正極活物質としては、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、及びそれらの一部を他の元素に置換したリチウム遷移金属複合酸化物等を用いることができる。 As the positive electrode active material, a positive electrode active material such as a lithium transition metal composite oxide can be used. As the positive electrode active material, for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , and a lithium transition metal composite oxide in which a part thereof is substituted with another element can be used.
導電材は、正極の電気伝導性を確保するためのものである。導電材としては、天然黒鉛、人造黒鉛、アセチレンブラック(AB)、及びカーボンブラック等の炭素物質粉状体を用いることができる。 The conductive material is for ensuring the electrical conductivity of the positive electrode. As the conductive material, carbon material powders such as natural graphite, artificial graphite, acetylene black (AB), and carbon black can be used.
負極(負極シート)は、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出できる負極活物質、バインダ(結着剤)、及び増粘剤などの電極材料を含む電極合剤層を集電箔上に形成したものである。負極(負極シート)は、本実施形態に係る二次電池用電極を用いることができる。 The negative electrode (negative electrode sheet) has an electrode mixture layer including a negative electrode active material, a binder (binder), and an electrode material such as a thickener that can occlude lithium ions during charging and can be released during discharging. Is formed. As the negative electrode (negative electrode sheet), the secondary battery electrode according to the present embodiment can be used.
負極については、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出する特性を有する負極活物質を用いることができれば、特に限定されるものではない。このような特性を有する材料としては、例えば、リチウム金属や、グラファイト、非晶質炭素等の炭素材料などが挙げられる。その中でも、リチウムイオンの充放電に伴い電圧変化の比較的大きい炭素材料を使用することが好ましく、結晶性の高い天然黒鉛や人造黒鉛などからなる炭素材料を用いるのがより好ましい。 The negative electrode is not particularly limited as long as it can use a negative electrode active material having the characteristics of occluding lithium ions during charging and releasing lithium ions during discharging. Examples of the material having such characteristics include lithium metal, carbon materials such as graphite and amorphous carbon, and the like. Among them, it is preferable to use a carbon material having a relatively large voltage change with charging / discharging of lithium ions, and it is more preferable to use a carbon material made of natural graphite or artificial graphite having high crystallinity.
バインダ(結着剤)は、正極活物質や導電材の各粒子や負極活物質粒子同士などをそれぞれ結着して繋ぎとめる役割を果たすものである。また、バインダは、これらの各粒子と集電箔とを結着して繋ぎとめる役割を果たすものである。このようなバインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレン−ブタジエン共重合体(SBR)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂を用いることができる。 The binder (binder) plays a role of binding and bonding the positive electrode active material, the conductive material particles, the negative electrode active material particles, and the like. In addition, the binder plays a role of binding and holding these particles and the current collector foil. As such a binder, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene-butadiene copolymer (SBR), a fluorine-containing resin such as fluorine rubber, or a thermoplastic resin such as polypropylene is used. it can.
増粘剤は、電極合剤ペースト(正極合剤ペーストや負極合剤ペースト)に粘性を持たせるためのものである。増粘剤としては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリビニルアルコール(PVA)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等が用いられる。
なお、増粘剤は、電極合剤ペーストに粘性を持たせたい場合に用いるものであり、必要に応じて適宜用いればよい。
The thickener is for imparting viscosity to the electrode mixture paste (positive electrode mixture paste or negative electrode mixture paste). As the thickener, for example, polyethylene oxide (PEO), polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethyl cellulose (CMC) and the like are used.
In addition, a thickener is used when it is desired to give viscosity to the electrode mixture paste, and may be appropriately used as necessary.
セパレータは、正極、及び負極を電気的に絶縁し、非水電解液を保持するためのものである。セパレータを構成する材料としては、例えば、多孔性合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子(ポリエチレン、ポリプロピレン)などの多孔膜が挙げられる。 The separator is for electrically insulating the positive electrode and the negative electrode and holding the non-aqueous electrolyte. Examples of the material constituting the separator include a porous synthetic resin film, particularly a porous film such as a polyolefin-based polymer (polyethylene, polypropylene).
また、上記電解液としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ビニレンカーボネート(VC)等の環状カーボネート類と、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等の鎖状カーボネート類との混合有機溶媒中に、LiPF6、LiClO4、LiBF4等のリチウム塩を支持電解質として溶解させた溶液を使用することができる。 Examples of the electrolytic solution include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and vinylene carbonate (VC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl carbonate (EMC). A solution in which a lithium salt such as LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 or the like is dissolved as a supporting electrolyte in a mixed organic solvent such as a chain carbonate such as can be used.
上述した正極(正極シート)、及び負極(負極シート)を、セパレータを介して重畳、あるいは巻回等して電極体を形成し、この正極、及び負極から外部に通ずる、正極端子、及び負極端子までの間をそれぞれ電気的に接続し、この電極体を適当な電池収容体(金属または樹脂製の筐体、アルミ等の金属製ラミネートフィルムからなる袋体等)に収容し、これら正極、および負極の間に非水電解液を充填して、電池収容体を密閉することで、リチウムイオン二次電池が構成される。 The positive electrode (positive electrode sheet) and the negative electrode (negative electrode sheet) described above are overlapped or wound via a separator to form an electrode body, and the positive electrode and the negative electrode terminal communicated to the outside from the positive electrode and the negative electrode. Are electrically connected to each other, and this electrode body is housed in an appropriate battery housing (a metal or resin casing, a bag body made of a metal laminate film such as aluminum), these positive electrodes, and A lithium ion secondary battery is configured by filling a nonaqueous electrolyte between the negative electrodes and sealing the battery housing.
次に、本実施形態に係る二次電池用電極を製造するための製造装置1について図1を用いて説明する。 Next, the manufacturing apparatus 1 for manufacturing the electrode for secondary batteries which concerns on this embodiment is demonstrated using FIG.
本実施形態に係る二次電池用電極の製造装置1(以下、製造装置1という)は、集電箔2を搬送しながら、該集電箔2に対してバインダ20の塗布(バインダコート)、造粒粒子21からなる粉体の供給・成型、電極合剤ペースト23の塗布、及び電極合剤ペースト23の乾燥の4工程を連続的に行うことで集電箔2上に三層(バインダ層100、第1の合剤層である粉体成型層110及び第2の合剤層である合剤ペースト層120)からなる電極合剤層200(図2参照)を形成する装置である。製造装置1は、図1に示すように、搬送手段3と、バインダ塗布手段4と、粉体成型装置5と、合剤ペースト塗布手段6と、乾燥手段である乾燥炉15から主に構成されている。
The secondary battery electrode manufacturing apparatus 1 (hereinafter referred to as the manufacturing apparatus 1) according to the present embodiment applies a
集電箔2は、二次電池用電極を製造する際に用いられる薄い長尺シート状の電極基材である。集電箔2は、一側面もしくは両側面(本実施形態では、一側面)に製造装置1により所定の電極合剤層200が形成される金属箔(例えば、正極ではアルミ箔、負極では銅箔)である。
The current collector foil 2 is a thin long sheet-like electrode base material used when manufacturing a secondary battery electrode. The current collector foil 2 is a metal foil (for example, an aluminum foil for the positive electrode and a copper foil for the negative electrode) on which the predetermined
搬送手段3は、該搬送手段3の上流側に設けられた図示しない集電箔供給部である供給ローラから供給される集電箔2を複数のローラに係合して、所定の搬送速度(本実施形態では、2m/min)にてバインダ塗布手段4、粉体成型装置5、合剤ペースト塗布手段6、乾燥炉15へと順に搬送するための装置である。搬送手段3は、複数のガイドローラ3a、3b、3cと、合剤ペースト塗布手段6が有するバックアップローラ6aと、集電箔供給部である供給ローラ(図示せず)と、集電箔巻取部である巻取りローラ(図示せず)とから主に構成されている。巻取りローラは、乾燥炉15の下流側に設けられている。図1に示すように、搬送手段3に集電箔2をセットすることで、集電箔2の搬送経路が形成される。また、供給ローラには、集電箔2を予め所定長巻回しておき、当該供給ローラから引き出された集電箔2が複数のガイドローラ3a、3b、3cを介するとともにバックアップローラ6aの外周面に係合され、当該バックアップローラ6aから延出された集電箔2は乾燥炉15を介して巻取りローラに巻回される。こうして、図示しない駆動手段により巻取りローラを所定の速度にて回転駆動した場合、供給ローラに巻回した集電箔2が引き出され、先ず、バインダ塗布手段4へと搬送され、次にガイドローラ3a、3bを介して粉末成型装置5へと搬送され、次にガイドローラ3cを介して合剤ペースト塗布手段6へと搬送される。そして、集電箔2はその背面側をバックアップローラ6aの外周面にて支持されつつ搬送され、ダイコータ6bに対向するように搬送される。そして、合剤ペースト塗布手段6を通過した集電箔2は乾燥炉15内を通過して巻取りローラにより巻き取られる。つまり、搬送手段3は、巻取りローラを図示しない駆動手段により回転駆動することにより、集電箔2を搬送経路に沿って所定の搬送速度にてバインダ塗布手段4、粉末成型装置5、合剤ペースト塗布手段6、及び乾燥炉15へと順に搬送することが可能である。
The conveying means 3 engages the current collecting foil 2 supplied from a supply roller (not shown) provided on the upstream side of the conveying means 3 with a plurality of rollers, and a predetermined conveying speed ( In this embodiment, it is an apparatus for conveying in order to the binder application | coating means 4, the powder shaping | molding apparatus 5, the mixture paste application | coating means 6, and the drying
[バインダ塗布手段(グラビアコーター)]
バインダ塗布手段4は、製造装置1における集電箔2の搬送経路の上流側に設けられており、スラリー状のバインダ20を予め定められた目付け量で集電箔2の一側面(表面)にバインダ20を塗布(塗工)することができるグラビアコーターである。バインダ塗布手段4は、回転可能な圧着ローラ7と、集電箔2を介して圧着ローラ7に圧着されるグラビアローラ8と、バインダ20を貯留する貯留トレイ9と、ブレード10を備える。バインダ塗布手段4は、圧着ローラ7及びグラビアローラ8により図示しない供給ローラから送り出された集電箔2の一側面(表面)にスラリー状のバインダ20を塗布することができる。
[Binder application method (gravure coater)]
The binder application unit 4 is provided on the upstream side of the conveying path of the current collector foil 2 in the manufacturing apparatus 1, and the slurry-
具体的には、搬送経路を搬送される集電箔2の下側に配置されたグラビアローラ8の一部(下部)が貯留トレイ9内のバインダ20に浸漬し、搬送経路を搬送される集電箔2の上側に配置された圧着ローラ7の一部(下部)が搬送経路に沿って搬送される集電箔2の他側面(背面)を押し付けられるように配置されている。グラビアローラ8は、その外周面にいわゆる所定型のグラビアパターンを有しており、そのグラビアパターンは所定型の彫刻により形成されている。グラビアローラ8は、図示しない駆動手段によって集電箔2の搬送方向に対して逆向きに回転する。グラビアローラ8が回転すると貯留トレイ9内のバインダ20がグラビアローラ8の外周面に付着し、グラビアローラ8に付着したバインダ20は、ブレード10によってバインダ20の付着量が所定量となるように掻き落とされる。そして、外周面に所定量のバインダ20が付着したグラビアローラ8が集電箔2の一側面(表面)を押し付けることによって、所定の目付け量及び所定型のパターニングでバインダ20が集電箔2の一側面(表面)に塗布(パターニング塗布)される。こうして、バインダ塗布手段4により、集電箔2の一側面(表面)にバインダ層(バインダコート)100が形成される。詳細は後述するが、本実施形態に係る電極(電極シート)においては、バインダ塗布手段4により形成されたバインダ層100が電極合剤層200における最下層となる。
Specifically, a part (lower part) of the
[粉体成型装置]
粉体成型装置5は、バインダ塗布手段4の下流側においてガイドローラ3bとガイドローラ3cによりガイドされる集電箔2の搬送経路に設けられており、当該搬送経路に沿って搬送される集電箔2に対して、粉体状の電極合剤である造粒粒子21を連続して供給して、当該造粒粒子21が供給された集電箔2をプレス成型(圧縮成形)することにより造粒粒子21からなる粉体成型層110を形成する装置である。粉体成型装置5は、図1に示すように、粉体供給装置11、平坦化手段(スキージ12)、成型手段13、から主に構成される。
なお、上記粉体状の電極合剤である造粒粒子21は、後述する噴霧乾燥装置(図示せず)により造粒される。
また、本実施形態の粉体成型装置5では、平坦化手段(スキージ12)を備える構成であるが、特に本実施形態の構成に限定するものではない。すなわち、粉体成型装置5における平坦化手段(スキージ12)は必須構成ではない。
[Powder molding equipment]
The powder molding apparatus 5 is provided on the downstream side of the binder application unit 4 in the transport path of the current collecting foil 2 guided by the guide roller 3b and the
The
Moreover, although the powder shaping | molding apparatus 5 of this embodiment is a structure provided with the planarization means (squeegee 12), it does not specifically limit to the structure of this embodiment. That is, the flattening means (squeegee 12) in the powder molding apparatus 5 is not an essential component.
粉体供給装置11は、粉体状の電極合剤である造粒粒子21を集電箔2上に供給するともに、供給された造粒粒子21を堆積層として集電箔2上に形成する装置(粉体フィーダー)である。粉体供給装置11は、一定量の造粒粒子21粉末を連続的に集電箔2上に供給して、造粒粒子21を集電箔2上に堆積させることができる。
The
搬送手段3は、粉体成型装置5において粉体供給装置11、スキージ12、及び成型手段13へと順に、集電箔2を搬送するための手段となる。搬送手段3は、図示しない駆動手段を駆動することにより、粉体供給装置11から集電箔2上に供給された造粒粒子21を下流側へと搬送することができる。
The conveyance means 3 is a means for conveying the current collector foil 2 in order to the
スキージ12は、粉体供給装置11の下流側に設けられ、先端が鋭利な角度を有するブレード部材であり、当該先端を下方に向けて、当該先端と集電箔2表面との間を所定の間隔(Gap)となるように配置固定されている。スキージ12は、粉体供給装置11により集電箔2上に供給された造粒粒子21を平坦化して、前記所定の間隔と同じ厚さ寸法を有する粉体状の造粒粒子21の堆積層を形成するための平坦化手段である。
The
成型手段13は、スキージ12の下流側に設けられるロール式の加圧成型手段であり、回転可能な複数のプレスローラ(本実施形態では、上下二つの加圧ローラ)13a、13aを有する。成型手段13は、造粒粒子21の堆積層が形成された集電箔2を上下二つのプレスローラ13a、13a間に挿入することにより加熱及び集電箔厚み方向の加圧が可能であり、いわゆるロールプレス処理が可能である。具体的には、成型手段13は、造粒粒子21からなる粉体状の堆積層が形成された集電箔2をプレスローラ13a、13a間で挟持しつつ、前記各プレスローラ13a、13aを互いに反対回りに回転させながら、所定の熱プレス条件(加熱温度・プレス圧)でロールプレス処理を施すことによって、成型手段13下流側から排出される集電箔2上に、厚みや密度(電極密度)が適宜調整された粉体成型層110を形成することが可能である。詳細は後述するが、本実施形態に係る電極(電極シート)においては、粉体成型装置5により形成された粉体成型層110が電極合剤層200における下層となる。この粉体成型装置5では、バインダ塗布手段4によって集電箔2に塗られたスラリー状のバインダ20からなるバインダ層100の上に重ねて粉体状の造粒粒子21が供給され、ロールプレス処理されることで当該バインダ層100の上に粉体成型層110が形成される。
なお、本実施形態の粉体成型装置5では、成型手段13(熱プレス手段)を備える構成
であるが、特に本実施形態の構成に限定するものではない。すなわち、粉体成型装置5に
おける成型手段13(熱プレス手段)は必須構成ではない。
The molding means 13 is a roll-type pressure molding means provided on the downstream side of the
In addition, in the powder molding apparatus 5 of this embodiment, although it is the structure provided with the shaping | molding means 13 (heat press means), it does not specifically limit to the structure of this embodiment. That is, the molding means 13 (heat press means) in the powder molding apparatus 5 is not an essential configuration.
[ペースト塗布手段]
合剤ペースト塗布手段6は、電極活物質及びバインダを含む粉体状の造粒粒子21からなる粉体成型層110(下層)の上に、電極活物質、バインダ及び溶媒等を含むペースト状の電極合剤である電極合剤ペースト23を塗布するための手段である。合剤ペースト塗布手段6は、図1に示すように、バックアップロール6aと、ダイコータ6bと、ポンプ6cと、タンク6dと、から主に構成される。
なお、本実施形態の合剤ペースト塗布手段6では、ダイコータ6bを備える構成である
が、特に本実施形態の構成に限定するものではない。すなわち、合剤ペースト塗布手段6
におけるダイコータ6bは必須構成ではない。
[Paste application method]
The mixture paste coating means 6 is a paste-like paste containing an electrode active material, a binder, a solvent, etc. on a powder molding layer 110 (lower layer) made of powdered
In addition, although the mixture paste application | coating means 6 of this embodiment is a structure provided with the
The
バックアップロール6aは、ダイコータ6bに対向して配置されており、集電箔2の他面側(背面)を支持するローラである。ダイコータ6bは、集電箔2に電極合剤ペースト23を吐出する吐出口を有する。ポンプ6cは、タンク6dからダイコータ6bに電極合剤ペースト23を供給するポンプである。タンク6dは、電極合剤ペースト23を貯留する容器である。
The
合剤ペースト塗布手段6が稼働されると、先ずタンク6dに貯留された電極合剤ペースト23は、ポンプ6cによって吸い上げられる。そして、電極合剤ペースト23は、ポンプ6cからダイコータ6bに供給されて、ダイコータ6bの吐出口を介してバックアップロール6aによって支持された集電箔2の一側面(表面)に供給される。合剤ペースト塗布手段6では、粉体成型装置5によって集電箔2上に形成された粉体成型層110の上に重ねて電極合剤ペースト23が供給される。また、ダイコータ6bでは、バックアップロール6aの外周面に沿って移動する集電箔2に対して、連続して電極合剤ペースト23を塗布することができる。
When the mixture paste applying means 6 is operated, the
合剤ペースト塗布手段6により電極合剤ペースト23が塗布された集電箔2は、矢印で示す合剤ペースト塗布手段6の下流方向に搬送され、乾燥炉15に導入される。電極合剤ペースト23が塗布された集電箔2は、乾燥炉15の入口から乾燥炉15の内部に進入する。乾燥炉15は、電極合剤ペースト23が塗布された集電箔2に対して熱風を吹き付けることにより、電極合剤ペースト23中の溶媒を蒸発させ、電極合剤ペースト23を乾燥させることができる。
The current collector foil 2 to which the
[噴霧乾燥装置]
噴霧乾燥装置(図示せず)は、電極活物質、導電材、バインダ等を含む電極合剤成分及び当該成分の分散用溶媒を用いて作製された電極合剤ペーストを噴霧乾燥して造粒粒子を得るための装置である。このような噴霧乾燥装置としては、例えば、スプレードライ法により噴霧乾燥するスプレードライヤが挙げられる。スプレードライヤを用いれば、電極合剤ペーストを微粒子液滴状に噴霧し、これを熱風と接触させることにより瞬間的に乾燥して造粒粒子21を得ることができる。
[Spray dryer]
A spray drying apparatus (not shown) is a granulated particle by spray drying an electrode mixture paste prepared using an electrode mixture component containing an electrode active material, a conductive material, a binder, and the like and a solvent for dispersing the component. It is a device for obtaining. Examples of such a spray drying apparatus include a spray dryer that performs spray drying by a spray drying method. If a spray dryer is used, the electrode mixture paste is sprayed in the form of fine particle droplets, which are brought into contact with hot air to instantaneously dry to obtain
次に、上述した製造装置1を用いて、本発明の一実施形態に係る二次電池用電極の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the electrode for secondary batteries which concerns on one Embodiment of this invention using the manufacturing apparatus 1 mentioned above is demonstrated.
[二次電池用電極の製造方法]
本実施形態に係る二次電池用電極の製造方法は、集電箔2上に、バインダ20からなるバインダ層100と、当該バインダ層100の上に形成される造粒粒子21からなる粉体成型層110と、当該粉体成型層110の上に電極活物質及びバインダを含むペースト状の電極合剤を塗布乾燥してなる合剤ペースト層120を有するシート状の電極を製造する製造方法である。この二次電池用電極の製造方法は、図3に示すように、バインダ塗布工程S10、粉体成型工程S20、合剤ペースト塗布工程S30、及び乾燥工程S40を主に有し、この順に行われる。本実施形態に係る二次電池用電極の製造方法は、上記製造装置1を用いて行われるものであるが、上記製造装置1を用いて二次電池用電極を製造するに際し、製造装置1に供給される造粒粒子21及び電極合剤ペースト23を予め準備しておく必要がある。そこで、先ず、二次電池用電極の製造方法における準備工程として、造粒粒子準備工程と、電極合剤ペースト準備工程について説明する。以下に、前記各工程について具体的に説明する。
[Method for producing secondary battery electrode]
In the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to the present embodiment, a powder molding comprising a
造粒粒子準備工程は、ペースト作製工程と、造粒工程とから構成される。 The granulated particle preparation step includes a paste preparation step and a granulation step.
ペースト作製工程は、電極活物質、導電材及びバインダ(結着剤)等を含む電極合剤成分及び当該成分の分散用溶媒を用いて所定の組成比及び固形分率で電極合剤ペーストを作製する工程である。 The paste production process produces an electrode mixture paste at a predetermined composition ratio and solid content ratio using an electrode mixture component containing an electrode active material, a conductive material, a binder (binder), and the like and a solvent for dispersing the component. It is a process to do.
前記分散用溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMA)等の有機溶剤や水(精製水等)を用いることができる。 As the solvent for dispersion, organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMA) and water (purified water, etc.) can be used.
造粒工程は、上記ペースト作製工程で得られた電極合剤ペーストを用いて造粒粒子21を造粒する工程である。具体的には、造粒工程は、スプレードライ法により噴霧及び加熱乾燥するスプレードライヤ等を用いて、電極合剤ペーストを噴霧及び加熱乾燥して造粒粒子を得るとともに、当該造粒粒子に対して解砕及び分級を行い、造粒粒子21として所定の粒子径や、嵩密度等の性質を有する粉粒体を作製する工程である。
なお、上述したペースト作製工程及び造粒工程は、粉体成型工程S20において粉体成型を開始するための前準備工程になる。
また、合剤ペースト塗布手段6で用いられる電極合剤ペースト23を準備する工程は、ペースト作製工程と同様の工程であり、その説明を省略する。
The granulation step is a step of granulating the
In addition, the paste preparation process and granulation process mentioned above become a preparatory process for starting powder molding in powder molding process S20.
Moreover, the process of preparing the
バインダ塗布工程S10は、バインダ塗布手段4により、スラリー状のバインダ20を、予め定められた目付量で集電箔2の一側面(表面)に塗布(塗工)する工程である。このバインダ塗布工程S10では、図2に示すように、集電箔2の一側面(表面)にバインダ層(バインダコート)100が形成される。バインダ塗布工程S10において、スラリー状のバインダ20が塗布されてバインダ層100が形成された集電箔2は、次に粉体成型装置5に搬送される。
The binder application step S <b> 10 is a step of applying (coating) the slurry-
粉体成型工程S20は、粉体成型装置5により、搬送経路に沿って搬送される集電箔2に対して、粉体状の電極合剤となる造粒粒子21を連続して供給して、当該造粒粒子21が供給された集電箔2をプレス成型(圧縮成形)することにより、電極合剤層200における下層である粉体成型層110を形成する工程である。具体的には、粉体成型工程S20では、バインダ塗布工程S10において集電箔2に塗布されたバインダ20(バインダ層100)に重ねて、電極活物質及びバインダを少なくとも含む粉体状の電極合剤である造粒粒子21を供給して堆積させた後、これを熱プレス成型することにより、造粒粒子21からなる粉体成型層110が形成される。粉体成型工程S20は、上記粉体成型装置5を用いて行われる工程であり、供給工程、平坦化工程、及び成型工程から構成される。
In the powder molding step S20, the powder molding apparatus 5 continuously supplies the
供給工程は、前記造粒工程で得られた粉体状の造粒粒子21を上記粉体成型装置5が有する粉体供給装置11により集電箔2上に供給するとともに、該造粒粒子21を堆積層として集電箔2上に形成する工程である。
In the supplying step, the powdered
平坦化工程は、スキージ12を用いて粉体供給装置11により集電箔2上に供給された粉体状の造粒粒子21を表面が均一になるように平坦化して、所定の間隔(Gap)を有するスキージ12先端と集電箔2表面との間と同じ厚さ寸法を有する造粒粒子21の堆積層を形成する工程である。
In the flattening step, the powdered
成型工程は、造粒粒子21からなる粉体状の堆積層が表面に堆積した集電箔2に対して、成型手段13により所定の熱プレス条件(加熱温度・プレス圧)で熱プレス(加熱しつつ堆積層の厚さ方向に加圧)して、造粒粒子21の堆積層より薄い粉体成型層110を形成する工程である。成型工程終了後、電極合剤層200における下層として粉体成型層110が形成された集電箔2は、次に合剤ペースト塗布手段6に搬送される。
In the molding step, the current collector foil 2 having a powdery deposited layer of
合剤ペースト塗布工程S30は、合剤ペースト塗布手段6により、粉体成型工程S20において集電箔2上にバインダ層100を介して形成された粉体成型層110上に重ねて電極合剤ペースト23を塗布する工程である。合剤ペースト塗布工程S30において、ペースト状の電極合剤ペースト23が塗布された集電箔2は、次に乾燥炉15に搬送される。
In the mixture paste application step S30, the electrode mixture paste is superposed on the
乾燥工程S40は、合剤ペースト塗布工程S30で電極合剤ペースト23が塗布された集電箔2を乾燥炉15により乾燥する工程である。この乾燥工程においては、電極合剤ペースト23に含まれる溶媒が揮発し、電極合剤ペースト23が乾燥することにより、合剤ペースト層120が形成される。
こうして、本実施形態に係る二次電池用電極の製造方法により、集電箔2上に電極合剤層200における、最下層となるバインダ層100と、下層となる粉体成型層110、上層となる合剤ペースト層120と、が順に積層された電極(電極シート)が作製される。
The drying step S40 is a step of drying the current collector foil 2 coated with the
Thus, by the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to the present embodiment, the
[電極構造(電極合剤層200の構造)]
上述した本実施形態に係る二次電池用電極の製造方法により製造される二次電池用電極の電極構造(電極合剤層200の構造)としては、図2に示すように、集電箔2上に形成された電極合剤層200が、電極合剤層200の最下層に当たるバインダ層100と、当該バインダ層100上に設けられ、電極合剤層200の下層(第1の合剤層)に当たる粉体成型層110と、当該粉体成型層110上に設けられ、電極合剤層200の上層(第2の合剤層)に当たる合剤ペースト層120と、から構成されたものとなっている。
[Electrode Structure (Structure of Electrode Mixture Layer 200)]
As the electrode structure of the secondary battery electrode (structure of the electrode mixture layer 200) manufactured by the method for manufacturing the secondary battery electrode according to this embodiment described above, as shown in FIG. The
バインダ層100は、電極合剤層200の最下層に当たるとともにバインダ20を集電箔2上にパターニング塗布することにより作製された電極構造の層状部分である。
バインダ層100は、集電箔2と電極合剤層200の下層に当たる粉体成型層110との間に設けられる層であり、バインダ20からなる層である。バインダ層100は、バインダ塗布手段4であるグラビアコーターにより、バインダ20を所定型(例えば、ストライプ状)のパターンで塗布(パターンニング塗布)することで作製される層である。バインダ層100は、造粒粒子21を含む粉体成型層110と集電箔2表面との密着性及び導通確保するために設けられる。
なお、本実施形態の電極合剤層200では、バインダ層100を備える構成であるが、特に本実施形態の構成に限定するものではない。すなわち、バインダ層100は必要に応じて適宜設ける構成とすればよく、電極合剤層200において必須の構成ではない。
The
The
In addition, although the
粉体成型層110は、活物質とバインダとを少なくとも含んで形成された造粒粒子21が堆積してなる第1の合剤層である。すなわち、粉体成型層110は、集電箔2上に粉体成形により形成された、電極合剤層200の下層(第1の合剤層)に当たる電極構造の層状部分である。ここで、粉体成型とは、活物質を含む造粒粒子を予め作製し、この造粒粒子を集電箔2上に積層し、プレスする電極作製方法をいう。
The
粉体成型層110は、集電箔2上に、バインダ層100を介して設けられ、電極活物質及びバインダ20を含む粉体状の造粒粒子21からなる層であり、合剤ペースト層120よりもバインダリッチな造粒粒子21を用いて粉体成型にて作製した層である。すなわち、粉体成型層110のバインダ20の量は、その上層である合剤ペースト層120のバインダ20の量より多い構成としたものである。粉体成型層110に含まれるバインダ量としては、1.0〜5.0wt%程度が好ましい。
粉体成型層110は、負極の場合において活物質、バインダ、増粘剤を含む造粒粒子を作製し、当該造粒粒子を集電箔2上に積層し、プレスすることで作製される。粉体成型層110は、正極の場合において活物質、バインダ、導電材、及び分散剤を含む造粒粒子を作製し、当該造粒粒子を集電箔2上に積層し、プレスすることで作製される。
なお、上記のように粉体成型層110のバインダ量を、その上層である合剤ペースト層120のバインダ量より多い構成とすることで、電極の構成として、集電箔2近傍にバインダ20をより確実に保持させることができるため、集電箔2と電極合剤層200との間における剥離強度が向上する。
また、本実施形態では、バインダ層100を構成するバインダと、粉体成型層110で用いる粉体粒子21に含まれるバインダとを同じものとしているが、特に限定するものではなく、異なる種類のバインダを用いることもできる。
The
In the case of a negative electrode, the
In addition, by setting the binder amount of the
In the present embodiment, the binder constituting the
合剤ペースト層120は、前記第1の合剤層である粉体成型層110の上層に、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を混練して形成された電極合剤ペースト23を塗布した後に乾燥させてなる第2の合剤層である。すなわち、合剤ペースト層120は、第1の合剤層である粉体成型層110の上層にペースト塗布によって形成された電極合剤層200の上層(第2の合剤層)に当たる電極構造の層状部分である。
合剤ペースト層120は、造粒粒子21からなる粉体成型層110の上に、電極活物質及びバインダ20を含むペースト状の電極合剤である電極合剤ペースト23を塗布乾燥し、必要に応じてプレスされて形成される層である。
合剤ペースト層120は、負極の場合において活物質、バインダ、増粘剤を含むペーストを作製し、当該ペーストを粉体成型層110上に塗布し、乾燥後必要に応じてプレスすることで作製される。合剤ペースト層120は、正極の場合において活物質、バインダ、導電材、及び分散剤を含むペーストを作製し、当該ペーストを粉体成型層110上に塗布し、乾燥後必要に応じてプレスすることで作製される。合剤ペースト層120は、粉体成型層110よりもバインダ20の量を抑え、かつ電極合剤ペースト23の塗布にて作製した層である。また、合剤ペースト層120のバインダ20の量は、その下層である粉体成型層110のバインダ20の量より少ない構成としている。合剤ペースト層120に含まれるバインダ量としては、0.5〜4.0wt%程度が好ましい。
The
The
The
電極合剤層200における、下層である粉体成型層110と、上層である合剤ペースト層120の2層における電極合剤層200中の重量比(目付け量比)は、10:90〜90:10であることが好ましい。
In the
なお、本実施形態においては、電極合剤層200の層構成として最下層に当たるバインダ層100を備える構成としているが、特に限定するものではない。このバインダ層100は、集電箔2近傍にバインダ20をより多く保持させて剥離強度を確保したい場合に設けるとよい。そのため、バインダ層100は、電極合剤層200の層構成として省略することも可能である。
In addition, in this embodiment, although it is set as the structure provided with the
以上のようにして、上記電極構造(電極合剤層200の構造)を有する二次電池用電極を製造することができる。次に、上記二次電池用電極の製造方法に従うとともに、上述した製造装置1及び噴霧乾燥装置を用いて、二次電池用電極の実施例として負極(負極シート)を製造し、この負極を用いて電池特性の評価を行った。以下に、実施例、及びその比較例を挙げて、本発明を説明する。
なお、以下では、本実施形態に係る二次電池用電極の例として負極(負極シート)について説明するが、特に限定するものではなく、本実施形態に係る二次電池用電極の構成を正極(正極シート)にも適用することが可能である。
As described above, a secondary battery electrode having the above electrode structure (structure of the electrode mixture layer 200) can be manufactured. Next, a negative electrode (negative electrode sheet) is manufactured as an example of the secondary battery electrode using the manufacturing apparatus 1 and the spray drying apparatus described above, in accordance with the method for manufacturing the secondary battery electrode, and the negative electrode is used. The battery characteristics were evaluated. Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples and comparative examples.
Hereinafter, the negative electrode (negative electrode sheet) will be described as an example of the secondary battery electrode according to the present embodiment, but the configuration is not particularly limited, and the configuration of the secondary battery electrode according to the present embodiment is positive electrode ( The present invention can also be applied to a positive electrode sheet).
[実施例]
(ペースト作製工程)
先ず、負極活物質である黒鉛と、スチレン−ブタジエン共重合体(SBR)よりなるバインダ(結着剤)と、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース(CMC)の3種の電極合剤成分を、所定の組成比(本実施例におけるバインダ量は、全電極合剤成分においてSBR5wt%)混合し、かつ固形分率が50wt%となるように分散溶媒である水に分散させ、これらを混練装置(プラネタリミキサー)を用いて混練して造粒工程用の電極合剤ペーストを作製した。
なお、合剤ペースト塗布手段6で用いられる電極合剤ペースト23については、上記ペースト作製工程で作製する合剤ペーストと同じ種類の電極合剤成分及び分散溶媒を用いるが、電極合剤ペースト23に含まれるバインダとなるSBRの量は、1wt%で作製される。
[Example]
(Paste preparation process)
First, three types of electrode mixture components of graphite as a negative electrode active material, a binder (binder) made of styrene-butadiene copolymer (SBR), and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener are predetermined. Composition ratio (the binder amount in this example is 5 wt% SBR in all electrode mixture components) and is dispersed in water as a dispersion solvent so that the solid content is 50 wt%. The mixture was kneaded using a mixer to prepare an electrode mixture paste for the granulation process.
In addition, about the
(造粒工程)
次に、ペースト作製工程で得られた電極合剤ペーストを、スプレードライヤを用いてスプレードライ法により、所定の炉内温度の条件で炉内に噴霧しながら熱風乾燥して造粒粒子を得た。そして、当該造粒粒子を所定の適当な手段で解砕及び分級の処理を行うことにより、所望する平均粒径や粒径分布を有する造粒粒子21を得た。
なお、造粒粒子を解砕する方法としては、ボールミル等の公知の方法が適用できる。
(Granulation process)
Next, the electrode mixture paste obtained in the paste preparation step was dried by hot air while spraying into the furnace under a predetermined furnace temperature condition by a spray drying method using a spray dryer to obtain granulated particles. . And the
In addition, as a method of crushing the granulated particles, a known method such as a ball mill can be applied.
(バインダ塗布工程S10)
次に、バインダ塗布手段4により、スラリー状のバインダ20(本実施例では、スチレン−ブタジエン共重合体(SBR))を、予め定められた目付量で集電箔2の一側面(表面)に塗布(塗工)した。
(Binder application process S10)
Next, the binder application means 4 causes the slurry-like binder 20 (in this embodiment, styrene-butadiene copolymer (SBR)) to be applied to one side surface (surface) of the current collector foil 2 with a predetermined basis weight. Application (coating) was performed.
次に、粉体成型装置5により、搬送経路に沿って搬送される集電箔2に対して、粉体状の電極合剤となる造粒粒子21を連続して供給して、当該造粒粒子21が供給された集電箔2をプレス成型(圧縮成形)することにより、電極合剤層200における下層である粉体成型層110を形成した。
Next, the
(合剤ペースト塗布工程S30)
次に、合剤ペースト塗布手段6により、集電箔2上にバインダ層100を介して形成された粉体成型層110に重ねて電極合剤ペースト23を塗布した。
(Mixture paste application process S30)
Next, the
(乾燥工程S40)
次に、電極合剤ペースト23が塗布された集電箔2を乾燥炉15内に通して乾燥した。
こうして、本実施形態に係る二次電池用電極の製造方法により、集電箔2上に電極合剤層200における、最下層であるバインダ層100と、下層(第1の合剤層)である粉体成型層110、上層(第2の合剤層)である合剤ペースト層120と、が順に積層された実施例に係る負極(負極シート)を作製した。粉体成型層110の目付は、狙い目付量の80%で作製した。合剤ペースト層120の目付は、狙い目付量の20%で作製した。すなわち、粉体成型層110と合剤ペースト層120の重量比(目付け量比)は、80:20となるように作製した。このように、第2の合剤層である合剤ペースト層120よりも第1の合剤層である粉体成型層110による目付量を多くすることにより、ペースト塗布量を減らし、ペースト塗布に伴う溶媒量や乾燥時間を低減することができる。
そして、実施例に係る負極(負極シート)と予め準備した所定の正極(正極シート)を、電池の設計容量が所定の値となるように電極のサイズを調整した後、セパレータを介して対向させて電極体を形成し、電解液と共にラミネートで封止することで、ラミネートセル型のリチウムイオン二次電池とし、実施例に係る評価電池を作製した。
なお、前記所定の正極(正極シート)は、公知の製造方法で作製したものであり、正極活物質(本実施例では、ニッケルリチウム複合酸化物(LiNiO2)、マンガンリチウム複合酸化物(LiMnO2)、コバルトリチウム複合酸化物(LiCoO2)の三元系リチウム含有複合酸化物)と、アセチレンブラック(AB)からなる導電材と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)よりなる結着剤(バインダ)の3種の電極合剤成分を、所定の重量割合で混合し、所定の分散媒体(本実施例では、N−メチル−2−ピロリドン(NMP))に分散させて電極合剤ペーストを作製し、電極合剤ペーストを集電箔(アルミニウム箔)に塗布乾燥して作製した。
(Drying step S40)
Next, the current collector foil 2 coated with the
Thus, by the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to this embodiment, the
And after adjusting the size of the electrode so that the design capacity of the battery becomes a predetermined value, the negative electrode (negative electrode sheet) according to the example and the predetermined positive electrode (positive electrode sheet) prepared in advance are made to face each other through the separator. Then, an electrode body was formed and sealed with a laminate together with an electrolytic solution, whereby a laminated cell type lithium ion secondary battery was produced, and an evaluation battery according to the example was produced.
Incidentally, the predetermined positive (positive electrode sheet), which was prepared by a known production method, the positive electrode active material (the present embodiment, lithium nickel composite oxide (LiNiO 2), lithium manganese composite oxide (LiMnO 2 ), Cobalt lithium composite oxide (LiCoO 2 ) ternary lithium-containing composite oxide), conductive material made of acetylene black (AB), and binder (binder) made of polyvinylidene fluoride (PVDF) 3 An electrode mixture component is mixed in a predetermined weight ratio and dispersed in a predetermined dispersion medium (N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) in this embodiment) to prepare an electrode mixture paste, and an electrode The mixture paste was applied to a current collector foil (aluminum foil) and dried.
[比較例1(合剤ペースト塗布のみからなる電極合剤層を有する電極:塗布電極)]
前記実施例と同様の電極合剤成分を、所定の組成比で混合し、かつ固形分率が50wt%となるように分散溶媒である水に分散させ、これらを混練装置(プラネタリミキサー)を用いて混練して電極合剤ペーストを作製した。この電極合剤ペーストを集電箔2上にペースト塗布して乾燥し、比較例1に係る負極(負極シート)を作製した。比較例1に係る負極は、集電箔2上の電極合剤層が電極合剤ペーストの塗布乾燥によりなる単層のものである。また、比較例1に係る負極は、バインダとして実施例に係る負極と同種かつ同じ量含むものである。また、比較例1に係る負極(負極シート)と実施例で用いた正極(正極シート)を用いるとともに前記実施例と同様の手順で比較例1に係る評価電池を作製した。
[Comparative Example 1 (electrode having an electrode mixture layer consisting only of mixture paste application: application electrode)]
The same electrode mixture components as in the above examples were mixed at a predetermined composition ratio and dispersed in water as a dispersion solvent so that the solid content was 50 wt%, and these were mixed using a kneading apparatus (planetary mixer). And kneaded to prepare an electrode mixture paste. This electrode mixture paste was applied onto the current collector foil 2 and dried to produce a negative electrode (negative electrode sheet) according to Comparative Example 1. The negative electrode according to Comparative Example 1 is a single layer in which the electrode mixture layer on the current collector foil 2 is formed by applying and drying an electrode mixture paste. Moreover, the negative electrode which concerns on the comparative example 1 contains the same kind and the same quantity as the negative electrode which concerns on an Example as a binder. Moreover, while using the negative electrode (negative electrode sheet) which concerns on the comparative example 1, and the positive electrode (positive electrode sheet) used by the Example, the evaluation battery which concerns on the comparative example 1 was produced in the procedure similar to the said Example.
[比較例2(造粒粒子の粉体成型のみからなる電極合剤層を有する電極)]
前記実施例と同様の電極合剤成分を、所定の組成比で混合し、かつ固形分率が50wt%となるように分散溶媒である水に分散させ、これらを混練装置(プラネタリミキサー)を用いて混練して電極合剤ペーストを作製した。これを用いて、スプレードライ法により造粒粒子を作製した。この造粒粒子を集電箔2上に供給して粉体成型により集電箔2上に電極合剤層を形成し、比較例2に係る負極(負極シート)を作製した。比較例2に係る負極は、集電箔2上の電極合剤層が造粒粒子の粉体成型によりなる単層のものである。また、比較例2に係る負極は、バインダとして実施例に係る負極と同種かつ同じ量含むものである。また、比較例2に係る負極(負極シート)と実施例で用いた正極(正極シート)を用いるとともに前記実施例と同様の手順で比較例2に係る評価電池を作製した。
上記の如く、作製した実施例及び比較例1、2に係る評価電池を用いて、初期IV抵抗及びサイクル特性を評価する。
[Comparative Example 2 (electrode having an electrode mixture layer consisting only of powder molding of granulated particles)]
The same electrode mixture components as in the above examples were mixed at a predetermined composition ratio and dispersed in water as a dispersion solvent so that the solid content was 50 wt%, and these were mixed using a kneading apparatus (planetary mixer). And kneaded to prepare an electrode mixture paste. Using this, granulated particles were produced by spray drying. The granulated particles were supplied onto the current collector foil 2 and an electrode mixture layer was formed on the current collector foil 2 by powder molding to produce a negative electrode (negative electrode sheet) according to Comparative Example 2. The negative electrode according to Comparative Example 2 is a single layer in which the electrode mixture layer on the current collector foil 2 is formed by powder molding of granulated particles. Moreover, the negative electrode which concerns on the comparative example 2 contains the same kind and the same quantity as the negative electrode which concerns on an Example as a binder. Moreover, while using the negative electrode (negative electrode sheet) which concerns on the comparative example 2, and the positive electrode (positive electrode sheet) used by the Example, the evaluation battery which concerns on the comparative example 2 was produced in the procedure similar to the said Example.
As described above, the initial IV resistance and the cycle characteristics are evaluated using the evaluation batteries according to the manufactured example and comparative examples 1 and 2.
[初期IV抵抗の評価]
上記各評価電池について、放電後の状態から初期容量の60%に相当する電気容量を、1/5Cの電流値で定電流充電することで、各評価電池のSOC(State of Charge)を60%に調製した。SOC60%において、1/3C、1C、3Cの定電流を5秒間流すことで充電時及び放電時の過電圧を測定し、それらの値を電流値で除することで算出した抵抗の平均値を初期の直流抵抗とした。前述した操作は全て25℃の環境下で行った。その結果を図4に示す。なお、図4は比較例1に係る評価電池(塗布電極)の初期IV抵抗値を100とした場合を示している。図4に示すように、比較例1、2に係る評価電池に比べて実施例に係る評価電池の抵抗が低く抑えられていることがわかった。この結果から、実施例に係る評価電池は、比較例1、2に係る評価電池と比較して、電池抵抗が低減された良好な電池性能を有することがわかった。
[Evaluation of initial IV resistance]
About each said evaluation battery, the SOC (State of Charge) of each evaluation battery is 60% by carrying out constant current charge with the electric current value equivalent to 60% of initial capacity from the state after discharge at the electric current value of 1 / 5C. Prepared. In SOC 60%, the constant voltage of 1 / 3C, 1C, 3C is flowed for 5 seconds to measure the overvoltage during charging and discharging, and the average value of resistance calculated by dividing those values by the current value is the initial value DC resistance of All the operations described above were performed in an environment of 25 ° C. The result is shown in FIG. FIG. 4 shows a case where the initial IV resistance value of the evaluation battery (coating electrode) according to Comparative Example 1 is set to 100. As shown in FIG. 4, it was found that the resistance of the evaluation battery according to the example was suppressed to be lower than that of the evaluation batteries according to Comparative Examples 1 and 2. From this result, it was found that the evaluation battery according to the example has good battery performance with reduced battery resistance as compared with the evaluation batteries according to Comparative Examples 1 and 2.
[サイクル特性の評価]
上記各評価電池を、環境温度60°において、電流密度2Cの定電流で4.1Vまで充電し、次いで同じ電流密度で3.0Vまで放電した。この充放電サイクルを1サイクルとし、これを200サイクル繰り返した。その後、初期容量と同様の手順で放電容量を測定し、サイクル後の放電容量とした。サイクル後の放電容量を初期容量で割ることで容量維持率[%]を算出した。このようにして、実施例及び比較例1、2の各評価電池についてサイクル試験を行った。図5に示すように、比較例1、2に係る各評価電池と比べ、実施例に係る各評価電池のサイクル特性が良好であった。図4に示す初期IV抵抗において比較例1(塗布電極)と比較例2(粉体成型による電極)とを比較すると比較例2(粉体成型による電極)において抵抗低減効果を確認できるが、比較例2(粉体成型による電極)は図5に示すようにサイクル試験後の容量維持率が低く、電池特性として十分なものではない。このように、本実施例に係る評価電池は、初期IV抵抗低減のメリットを保持しつつ、容量維持率を塗布電極を用いた比較例1に係る各評価電池以上となる水準まで改善することができた。
[Evaluation of cycle characteristics]
Each evaluation battery was charged to 4.1 V with a constant current of 2 C at an environmental temperature of 60 °, and then discharged to 3.0 V with the same current density. This charge / discharge cycle was defined as 1 cycle, and this was repeated 200 cycles. Thereafter, the discharge capacity was measured in the same procedure as the initial capacity, and the discharge capacity after the cycle was determined. The capacity retention rate [%] was calculated by dividing the discharge capacity after the cycle by the initial capacity. In this way, a cycle test was performed for each of the evaluation batteries of Examples and Comparative Examples 1 and 2. As shown in FIG. 5, the cycle characteristics of the evaluation batteries according to the examples were better than those of the evaluation batteries according to Comparative Examples 1 and 2. When comparing Comparative Example 1 (coated electrode) and Comparative Example 2 (electrode by powder molding) in the initial IV resistance shown in FIG. 4, the resistance reduction effect can be confirmed in Comparative Example 2 (electrode by powder molding). Example 2 (electrode by powder molding) has a low capacity retention rate after the cycle test as shown in FIG. 5, and is not sufficient as battery characteristics. As described above, the evaluation battery according to the present example can improve the capacity maintenance rate to a level higher than that of each evaluation battery according to Comparative Example 1 using the coated electrode while maintaining the merit of reducing the initial IV resistance. did it.
本発明は、電極構造を二層構造(上層をペースト塗布、下層を粉体成型にて作製)とするものである。以上の如く、本発明によれば、電極合剤層の下層(第1の合剤層)を粉体成型層とすることで、その電極構造のメリットを活かして抵抗低減が可能となる。具体的には、電極合剤層の下層を構成する粉体成型層の電極構造から電解液浸透性や負極活物質の配向性および正極導電材分散性が、ペースト塗布単層電極と比較して良好となるため抵抗を低減することが可能となる。 In the present invention, the electrode structure is a two-layer structure (the upper layer is made by paste application and the lower layer is made by powder molding). As described above, according to the present invention, by making the lower layer (first mixture layer) of the electrode mixture layer a powder molding layer, it is possible to reduce resistance by taking advantage of the electrode structure. Specifically, from the electrode structure of the powder molding layer constituting the lower layer of the electrode mixture layer, the electrolyte solution permeability, the orientation of the negative electrode active material, and the positive electrode conductive material dispersibility compared to the paste-coated single layer electrode Since it becomes favorable, it becomes possible to reduce resistance.
また、電極合剤層の上層(第2の合剤層)をペースト塗布層とすることで、粉体成型単層の場合と比較して電極目付ムラを緩和(電極表面凹凸を小さく)することができるため、サイクル特性が向上する。したがって、粉体成型に用いる電極材料において採用可能な粒子流動性のウィンドウが広がるため、サイクル特性を維持できるだけでなく、粉体成型単層と比較して抵抗低減効果が高いものとなる。 In addition, by using the upper layer (second mixture layer) of the electrode mixture layer as a paste coating layer, the unevenness of the electrode surface area can be reduced (the electrode surface unevenness can be reduced) compared to the case of a powder molded single layer. Therefore, cycle characteristics are improved. Therefore, since the particle fluidity window that can be employed in the electrode material used for powder molding is widened, not only the cycle characteristics can be maintained, but also the resistance reduction effect is higher than that of the powder molded single layer.
本発明によれば、電極合剤層の構成として、下層(第1の合剤層)を粉体成形層とすることにより、電解液の浸透性、負極活物質の配向性、正極導電材分散性が向上するため、抵抗が低減される。また、上層(第2の合剤層)をペースト塗布によって形成された合剤ペースト層とすることにより、粉体成形単層の場合と比較して電極目付ムラを抑制することができるため、サイクル特性が向上する。さらに、合剤ペースト層よりも粉体成形による目付量を多くすることにより、ペースト塗布量を減らし、ペースト塗布に伴う溶媒量や乾燥時間を低減することができる。 According to the present invention, as the composition of the electrode mixture layer, the lower layer (first mixture layer) is a powder molding layer, so that the electrolyte permeability, the negative electrode active material orientation, and the positive electrode conductive material dispersion The resistance is reduced because of the improved performance. In addition, since the upper layer (second mixture layer) is a mixture paste layer formed by paste application, electrode unevenness per unit area can be suppressed as compared with the case of a powder molded single layer. Improved characteristics. Furthermore, by increasing the basis weight by powder molding as compared with the mixture paste layer, the amount of paste applied can be reduced, and the amount of solvent and the drying time accompanying paste application can be reduced.
本発明は、集電体(集電箔)と、その少なくとも一側面に形成された電極合剤層(活物質層)とを有した構成の二次電池用電極に適用可能である。 The present invention is applicable to a secondary battery electrode having a current collector (current collector foil) and an electrode mixture layer (active material layer) formed on at least one side thereof.
2 集電箔
20 バインダ
21 造粒粒子
23 電極合剤ペースト
100 バインダ層
110 粉体成型層(第1の合剤層)
120 合剤ペースト層(第2の合剤層)
2
120 mixture paste layer (second mixture layer)
Claims (2)
前記第1の合剤層の上層に、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を混練して形成された合剤ペーストを塗布した後に乾燥させてなる第2の合剤層と、を備えることを特徴とする二次電池用電極。 On the current collector foil, a first mixture layer in which granulated particles formed including at least an active material and a binder are deposited;
A second mixture layer formed by applying a mixture paste formed by kneading at least an active material, a binder, and a solvent to the upper layer of the first mixture layer; and drying the mixture. Secondary battery electrode.
2. The electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein the basis weight of the first mixture layer is larger than the basis weight of the second mixture layer.
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